Водяные системы теплоснабжения

Водяные системы теплоснабжения

Необходимость четкого разделения водяных систем теплоснабжения на закрытые и открытые возникла в 1938 г. после первого опыта внедрения в г. Иваново практики массового водоразбора горячей воды непосредственно из тепловых сетей.

Водяные системы, в которых местные системы горячего водоснабжения присоединяются с помощью водоводяных подогревателей, стали называть закрытыми. Вследствие отсутствия непосредственного водоразбора и незначительной утечки теплоносителя через неплотности соединений труб и оборудования закрытые системы отличаются высоким постоянством количества и качества циркулируемой в ней сетевой воды. Другой особенностью закрытых систем является то, что они бывают только многотрубными: двух-, трехи четырехтрубные.

Двухтрубные закрытые системы состоят из подающего и обратного трубопроводов. По подающему трубопроводу нагретая сетевая вода с температурой ф₁транспортируется от источника тепловой энергии к потребителю. По обратному трубопроводу охлажденная сетевая вода с температурой ф₂ возвращается от потребителя к источнику для повторного подогрева. Двухтрубные системы проще и дешевле многотрубных. Такие системы применяют преимущественно для совместной подачи тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Присоединение технологических установок допускается при применении мер, предупреждающих попадание в тепловые сети вредных примесей.

В промышленных районах, где имеется большая технологическая тепловая нагрузка повышенных параметров и возможно использование собственных вторичных энергоресурсов или качество воды в тепловых сетях не отвечает требованиям производственных процессов, рекомендуются трехи четырехтрубные тепловые сети.

В четырехтрубных тепловых сетях одна пара труб используется для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Температура сетевой воды в подающем трубопроводе этой пары поддерживается в соответствии с графиком регулирования отпуска тепла на отопительно-бытовые нужды. По второй паре труб сетевая вода подается на производственные нужды предприятий. Температура сетевой воды в подающем трубопроводе второй пары сетей круглый год поддерживается постоянной. Отдельные тепловые сети позволяют принимать в них высокий нагрев сетевой воды, который помимо снижения расходов воды и уменьшения диаметров труб дает возможность получать на местах потребления пар путем испарения сетевой воды.

В трехтрубных системах по одному подающему трубопроводу подается тепло на отопительно-бытовые цели, по другому — на технологические нужды. Или по одному подающему трубопроводу обеспечивается нагрузка отопления, по другому — горячее водоснабжение (рис.). Режимы регулирования тепловой нагрузки в этих трубопроводах устанавливаются те же, что и в четырехтрубных системах, но вместо двух обратных трубопроводов сооружается только один. Соответственно изменяется схема теплоприготовительной установки источника тепла: вместо отдельных подогревателей и сетевых насосов устанавливаются общие.

По сравнению с четырехтрубной системой трехтрубная не дает значительной экономии материальных затрат. В то же время зависимый гидравлический режим в обратной трубе вызывает колебания давлений у элеваторов, которые при отсутствии регуляторов расхода приводят к разрегулировке подачи тепла на отопление. По этим соображениям трехтрубная система применяется редко.

Открытые водяные системы отличаются более простым оборудованием для смешения сетевой воды, используемой в местной системе горячего водоснабжения. Но значительный расход сетевой воды на горячее водоснабжение существенно увеличивает подпитку тепловых сетей. Открытые системы сооружаются как однотрубными, так и многотрубными. Основным типом открытых систем, как и в закрытых системах, являются двухтрубные водяные системы. Трехи четырехтрубные открытые тепловые сети применяют с той же целью, что и закрытые многотрубные системы.

Открытые четырехтрубные системы теплоснабжения особенно рационально применять в небольших поселках, в сельской местности, где вторая пара трубопроводов специально предназначена для горячего водоснабжения. В больших городах самостоятельные тепловые сети горячего водоснабжения сооружаются при условии обеспечения источников тепла подпиткой тепловых сетей из хозяйственно-питьевого водопровода. Преимущество изолированных сетей горячего водоснабжения состоит в том, что водоразборные приборы могут присоединиться к тепловым сетям без установки на абонентских вводах дорогостоящих смесительных клапанов и регуляторов температуры. Четырехтрубные тепловые сети удобны для организации непрерывного горячего водоснабжения в летний период. Затраты на прокладку дополнительных сетей обычно небольшого диаметра и часто на короткие расстояния оказываются выгоднее тех сложностей регулирования, которые возникают в двухтрубных сетях в теплое время отопительного сезона, когда применяется местное регулирование пропусками.

В открытых двухтрубных системах теплоснабжения разнородных потребителей при независимых схемах присоединения отопления улучшается качество воды, используемой на горячее водоснабжение. Сетевая вода, поступающая к точкам водоразборов, не загрязняется продуктами коррозии и шламом, содержащимся в изолированном отопительном контуре. Как показали исследования, скопления шлама в застойных зонах радиаторов являются источниками загрязнения воды и развития анаэробных бактерий, выделяющих сероводород, придающий воде неприятный запах.

При совместной подаче тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение в однотрубных тепловых сетях необходимо, чтобы вся сетевая вода разбиралась в точках потребления. Поэтому однотрубные водяные тепловые сети обязательно должны быть открытыми. Присоединение потребителей к однотрубным тепловым сетям показано на рис.

Рис. Схемы присоединения местных систем отопления и горячего водоснабжения в однотрубных водяных системах: а — зависимая система отопления и установка горячего водоснабжения с нижним баком-аккумулятором, б — независимая система отопления и установка горячего водоснабжения с верхним баком-аккумулятором в — установка горячего водоснабжения с верхним баком аккумулятором, ПК — пиковый котел, ТП — теплофикационный подогреватель; ПН — подпиточный насос; РД — регулятор давления, Н — насос, А — аккумулятор; Р — расширитель, ПУ — пусковое устройство (остальные обозначения см по предыдущим рисункам) По схеме, а вода на горячее водоснабжение поступает из отопительной системы. Постоянная ее температура поддерживается регулятором РТ за счет подмешивания части воды непосредственно из тепловой сети. На вводе расход сетевой воды регулятором РР поддерживается постоянным, поэтому при малом водоразборе или его отсутствии давление в системе горячего водоснабжения повышается, приводя к открытию регулятора давления РД и сливу избытка воды в аккумулятор. С увеличением горячего водоразбора до максимального значения давление в местной системе падает, при этом регулятор давления РД закрывается и с помощью пускового устройства включается насос для подачи недостающего количества воды из аккумулятора.

По схеме б сетевая вода на горячее водоснабжение поступает из отопительного подогревателя и частично через регулятор РТ непосредственно из тепловой сети. Недостатки воды при максимальном водоразборе восполняются из водопровода автоматически, так как с падением давления в системе на линии водопровода открывается обратный клапан. В схеме в необходимая температура в системе регулируется регулятором РТ путем подмешивания к сетевой воде холодной воды из водопровода. Однотрубные системы целесообразны в курортных и южных районах страны с высоким потреблением горячей воды. В большинстве случаев потребность горячего водоснабжения не превышает 30−40% от всех видов теплового потребления. По этим причинам возможности применения дешевых однотрубных сетей ограничены.

По ряду экономических соображений и санитарных требований охраны среды строительство крупных ТЭЦ на городских территориях запрещается. Вынос ТЭЦ далеко за черту города ближе к источникам водоснабжения и к месту добычи топлива требует больших капитальных вложений в тепловые сети. Однотрубные тепловые сети в этом отношении наиболее перспективны, так как позволяют значительно сократить эти расходы.

Учеными разработано несколько видов однотрубных систем дальнего теплоснабжения. Проф. В. Б. Пакшвером предложена однотрубная система транспорта тепла от ТЭЦ до пикового источника, расположенного вблизи города, с прокладкой в районе теплового потребления обычных двухтрубных распределительных сетей (рис. II.7). Однотрубная сеть от ТЭЦ до городских распределительных сетей предназначена для транзитной передачи тепла и подпитки городских тепловых сетей. Подпитка распределительных сетей идет непрерывно и регулируется регулятором расхода РР, установленным в пиковой котельной района ПКР. Неравномерное потребление горячей воды из распределительных сетей регулируется установкой аккумуляторов для слива в них избытков воды.

Рис. Схема однотрубной транзитной магистрали и двухтрубной распределительной сети: 1 — транзитная магистраль; 2 — распределительные сети; ПКТ, ПКР — пиковые котельные ТЭЦ и района; ТП — теплофикационный подогреватель; ЦН и ПН 1, ПН 2 — циркуляционный и подпиточный насосы; РП, РР, PC — регуляторы подпитки, расхода и слива; А — аккумулятор Давление в распределительной сети поддерживается регуляторами РП и PC. При падении величины водоразбора давление в распределительных сетях повышается. Импульс повышенного давления приводит к открытию клапана PC и сливу избытка воды в аккумулятор. С возобновлением максимального водоразбора, превышающего величину подпитки по транзитному теплопроводу, давление в распределительных сетях падает. В результате происходит открытие клапана РП и включение подпиточного насоса.

Для обеспечения работы такой системы с минимальным сливом горячей воды подпитка с ТЭЦ должна рассчитываться по среднечасовому расходу воды на горячее водоснабжение за неделю.

Поэтому однотрубные системы предназначены для транспорта только той части тепла, при которой слив воды из распределительных систем отсутствует. Остальная часть тепловой нагрузки вырабатывается в пиковой котельной района.

Транзитный транспорт тепла с подпиточным расходом воды экономически выгоден при большой температуре теплоносителя.

В однотрубных системах с радиусом действия более 25 км температура сетевой воды может достигать 250−270°С, так как высокотемпературный теплоноситель способствует сокращению расходов дорогостоящей сетевой воды и металла на изготовление трубопровода меньшего диаметра. Но при температуре воды выше 180−200°С в связи со значительным ростом давления усложняется транспорт тепла и требуется реконструкция действующих тепловых сетей, трубопроводы и арматура которых не рассчитаны на высокое давление. тепловое снабжение водяная отопление Таким образом, однотрубные магистрали и распределительные сети работают с различными температурами и гидравлическими режимами. Температурный режим в распределительных сетях регулируется в ПКР путем смешения подпиточной воды, из однотрубной сети и сетевой воды, подогретой в ПКР.

ПКР с дешевыми водогрейными котлами большой теплопроизводительности отводится ведущая роль в решении современной проблемы теплоснабжения, возникшей в результате отставания строительства ТЭЦ от сроков ввода в эксплуатацию объектов и жилых зданий. Использование ПКР в качестве временных базовых источников тепла дает выигрыш в сроках строительства источников тепла и в очередности капиталовложений, позволяя с минимальными затратами централизовать теплоснабжение в районах, где ввод в эксплуатацию потребителей тепла значительно опережает сроки сооружения ТЭЦ. После сооружения ТЭЦ и тепловых сетей от них ПКР включаются в общую систему теплоснабжения и переводятся на пиковый режим работы.

Однотрубная система, разработанная Н. Н. Аграчевым, Л. А. Мелентьевым и С. Ф. Копьевым, предназначается для транспортирования тепла от ТЭЦ до центральных смесительно-аккумуляторных пунктов — ЦСП, расположенных в районе теплового потребления. От ЦСП распределительные сети выполняются двухтрубными с непосредственным водоразбором на горячее водоснабжение. В этой системе в районе потребления теплоносителя дополнительные источники тепла не предусматриваются.

Температурный режим в распределительных сетях регулируется подмешиванием обратной воды к высокотемпературной воде из однотрубной сети. Для смешения воды используются элеваторы или смесительные насосы. В период минимальных водоразборов избыток воды собирается в аккумуляторах. При водоразбоpax, превышающих транзитную подпитку из однотрубной сети, горячая вода из аккумуляторов подается в элеваторы или к насосам смешения ЦСП.

Однотрубные системы с ЦСП могут быть использованы без реконструкции распределительных сетей, но их применение целесообразно в районах с высокой расчетной температурой воздуха для проектирования отопления, где велика нагрузка горячего водоснабжения.

Третий вид однотрубных систем, предложенный Л. К. Якимовым, предусмотрен для транспорта тепла от источника до каждого потребителя. В прямоточных системах аккумулирование тепла отсутствует, поэтому при отсутствии водоразборов для них характерен слив значительного количества сетевой воды. Для уменьшения сброса тепла должно применяться центральное количественное регулирование с постоянной температурой сетевой воды до 200 °C.

Прямоточные однотрубные тепловые сети дают большую экономию капиталовложений на строительство сетей, но требуют высокой автоматизации абонентских вводов. По этим причинам прямоточные системы целесообразны в курортных районах страны с большой нагрузкой горячего водоснабжения.

Высокая температура сетевой воды в однотрубных системах уменьшает выработку электроэнергии на базе теплового потребления за счет отбора пара повышенных давлений. Но более полное использование на ТЭЦ многочисленных источников тепла с температурой 15−30 °С для нагрева больших расходов подпиточной воды и значительное удешевление однотрубной сети большой протяженности в ряде случаев перекрывают затраты, связанные с недоработкой электроэнергии по комбинированному циклу.